平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

金属及び金属間化合物粉末の成形技術に関する研究
清高 稔勝
材料開発部

Investigation of Compactibility and Sintering Property of MetalandIntermetallic Coznpound PoYders
Toshikatsu Kiyotaka
MaterialDevelopment Division

放電プラズマ焼結機：一部）に塗布した．

1． はじめに粉末冶金製品は，溶製材に比較して寸法精度が高い・

チタン粉末の焼結は、ホットプレスで昇温速度10K／m

切削や研削等の後加工が不要・後加工が必要な場合でもin，保持温度1173Kで保持時間60〜300min，圧力49Mpa

削り代が少ない・広範囲な材料の選択が可能等の優れた

また，放電プラズマ焼結機で昇温速度10〜50K／min，保特徴を備えている．近年粉末製造技術の進歩により高品

持温度1123〜1323Kで5min，圧力49Mpaで行った．
チタンーアルミニウム金属開化合物粉末の焼結は、ホ質な各種の粉末が市販されるようになった．1）

ットプレスで昇温速度10K／min，保持温度1173Kで保持チタンは，耐食性や耐熱性がありしかも比強度が他の金属材料に比較して大きいことから各種の部材に利用さ時間300皿in，圧力49Mpaまた放電プラズマ焼結機で昇温れている．一方，チタンは，非常活性な金属であるため速度10〜50K／mれ 保持温度1223〜1523Kで5〜30min，に溶解法による高機能化には限界があり，粉末冶金法に圧力49Mpaで行った．
昇温開始時の炉内圧力は，ホットプレスで2．67×10￣3pよる部材の作製が注目されている．

aまた，放電プラズマ焼結機で6．67Paであった．

今後，県内企業からチタン焼結材について諸物性や加作製した焼結材は，精密切断機で垂直に切断し，表面工法に関する相談・問合わせが予測される．

を研磨及び腐食した後，硬さ試験と光学顕微鏡観察を行

本実験は，企業からの相談・問合わせに備えるため，今日広く市販されるようになったチタン粉末とチタンーった．

アルミニウム金属間化合物粉末の焼結性を，ホットプレ

8．実験結果及び考察

ス及び放電プラズマ焼結機を使用して検討した．

3．1チタン焼結体の組織及び硬さ
2一 美験方法

チタン焼結材の断面組織は，ホットプレス法及び放電

チタン粉末は水素化脱水素法により製造された粒度−4

プラズマ焼結機ともに，通常の純チタン溶製材に認めら5pm（Ti：〉99．4mass％，H：0．020mass％，0：0．32mass％，N：0．

れる等軸晶からなる組織2）と針状の組織が観察された．こ006mass％，C：0．005mass％，Fe：0．019mass％，Si：く0．010maの針状組織は試料の片面から成長し，その面積はホットss％，Cl：0．010nass％，Mn：0．001mass％，Mg：0．003mass％）をプレス法の場合焼結時間が長くなるに従い広くなった．

使用した．

放電プラズマ焼結機では，針状組織の面積に及ぼす焼結温度の．影響は認められなかった．

またチタンーアルミニウム金属間化合物粉末は，粒慶
一45［ltn（Ti：64。4mass％，Al：35．3mass％，Fe：0．013mass％，Si：0．004mass％，0：0．90mass％，N：0．096mass％）を用いた．

Fig．2−（a）に針状組織の職例を示す。焼結法や焼結条件による針状組織の顕著な違いは，確認されなかった．
この組織は，焼結型とチタン粉末の反応すなわちチタ供試用粉末をFig．1に示す。
ホットプレスは，か−ボン製の焼結型（内径￠50nm）にまたン粉末へのC，B，N元素の単独あるいは複合による拡散で放電プラズマ焼結磯は，カーボン製の焼結型（内径￠30m皿）に生じたか，または，焼結終了後の冷却速度で生じたもの試料粉末を入れ焼結した．また，焼結型と粉末潤滑及びではないかと考えられる．詳細は今後の検討課題である．

反応を防ぐ目的でBN粉末を焼結型（ホットプレス：全面，Fig。3は，ホットプレス及び放電プラズマ焼結機によ−−100【平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

り作製したチタン焼結材の等軸晶部分の光学金属鍍微鏡組織を示す．ホットプレス法による焼結時間60minの焼結組織は，気孔が粒界部分に存在するのが観察される．しかし，180皿inになると焼結が進行し，結晶粒の成長と気孔数の減少が認められる．
一方，放電プラズマ焼結機により作製したチタン焼結材のミクロ組織は，焼結温度1123Kではホットプレス法と同じく気孔が相当数存在している．しかし，焼結温度が1223K以上になると気孔が激減し結晶粒の著しい成長が認められる．チタン粉末のHIP焼結ではチタンのα−β変態点を境にして組織が変わるとの報告あるが3），放電プ
Fig．2

ラズマ焼結磯の場合もその傾向が認められる．βチタン

チタン焼結体の組織写真（針状組織）［垂壷コ

中のチタンの拡散係数は，αチタン中のチタンの拡散係数に比較して遠かに大きい．ヰ）この事が結晶粒の成長原因ではないかと考えられる．

Fig．1チタン粉末及びチタンーアルミニウム金属問化合物粉末
table，1にチタン焼結材の硬さを示す．焼結法，焼結温度，焼結時間による違いは，認められなかった．しかし溶製材に比較してかなり高い債となった．

T由1el娩給体の硬さ（†Ⅳ0．3，5点の平均）

ホットプレス時間 60min 180min 300min
硬さ247248245

放電プラズマ焼結機 温度 1123X 1223貰 1323K
硬さ2452362413。2 チタンーアルミニウム金属間化合物焼結体の組織及び硬さ
Fig．3 チタン焼結体の組織写真

Fig．4は，チタンーアルミニウム金属間化合物焼結体の［：垂互］

光学顕微鏡写真である。放電プラズマ焼結法による時間
5min，温度1423Kまでの焼結では，粒子中心間の接近が晶粒の大きさは，焼結温度1523Kと比較して小さい，不十分であが，1523Kになると焼結が進みラメラ組織もFig。4に示すようにホットプレス法による300minの焼結観察される．また，温度1423Kで焼結時間を30minにする時間では，緻密な焼結体を得られなかった。また，と1523Kと同じくラメラ組織も観察される．しかし，結アルキメデス法による比重測定は，放電プラズマ焼結法−101−平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センタⅣで3．7以上，ホットプレス法で3．6であった，金属間化合マ焼結法では，試料粉末の温度と黒鉛焼結型で測定した物の焼結では，放電プラズマ焼結法が緻密な焼結体が得温度との間に差がありS）焼結条件の詳細な設定が必要と思われる．

T8ble2 TiAl金属間化合物焼鰯儲の硬さ（附0．3，5点の平均）1123Ⅹ×5min 1223監×5min 1323KX5皿in

放電プラズ

393

4． まとめ371

粒度−45〃nのチタン粉末及チタンーアルミニウム金属マ焼結機

間化合物粉末用いてホットプレス法と放電プラズマ焼結
367

ホットプレ354機で焼結性を検討した．以下に得られた結果を要約する．

】▲1173XX300minス■ ホットプレス法によるチタン粉末の焼結では，焼330

結時間が180ninになると気孔が減少及び結晶粒の成長が観察された．

薄 放電プラズマ焼結機によるチタン粉末の焼結では，焼結温度が1223Kになると気孔が減少及び結晶粒の極端な成長が観察された。
薗 チタン叫アルミニウム金属開化合物粉末の焼結亭もホットプレス法では，緻密な焼結体を得られなかった．
放電プラズマ焼結磯では，1423毘×30minでラメラ組織を有する焼結体が得られた．

参考文献

轟＝ほ．重、猶喜地雨＋喜＋＋摘＝現無け藩一皇妄ぎF

1） 西野良夫，木村敏郎：微細結晶粒焼結チタン合金，焼結高性能合金日本金属学会シンポジウム予稿集タ（1986），1】4。

2） 鈴木渾夫，原田健一郎訳：チタンテクニカルガイド，内田老舗軋（1993），22−25．
3） 隠岐貴史，松木】弘，畑山東明9 柳沢平：真空焼結後H‡P処理した純チタン材の金属組織と引張特性，日本金属学会寵，7（1995），746剛753。
4） 金属データブック「改訂3版」（日本金属学会編），（1993），
24．
5） 橋本等，阿部利彦，朴容浩：MÅとパルス通電加圧焼結による超微細TまAlの合成，微細結晶組繚構造材料の創製
日本金属学会シンポジウム予稿集，（1鍼6〉ぅ13−16．

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Fig−4 TiAl金属間化合物焼結体の組織写真 匹
放電プラズマ焼結機：（a），（bL（C），（d），（e）
真空ホットプレス装置：（：fl

ることができたむ またタ 放電プラズマ焼結法に於いて温度ヱ423Kの焼結体は，1323Kの焼結体に比較して結晶粒の成長が認められた◎ さらに，焼結体の端部はタ 一部溶融し焼結型と反応している部分が観察された．放電プラズ−102一